机电一体化 王宪科.doc

德州学院机电一体化技术课程设计机电一体化技术课程报告09级 机本四班 学号：200911704078姓名：王宪科 12机电一体化技术的应用 红外声控报警系统的设计1 设计任务设计制作一个红外声控模块电路，具有当有人通过时实现报警，并通过发光二极管和扬声器来报警。1.1 基本部分 当红外声控模块处于待机时，发光二极管和扬声器不发光也没有声响。 键盘可设置防盗模块的开始工作和结束的时间，也可手动直接开启和结束其工作。 合理布局安装防盗设备，减少红外、声控设备误报警的发生。1.2 发挥部分 可再加上一块单片机控制模块，实现两个单片机控制模块的通信，这样可把一个安置在家里，实现远程控制，可使防盗器的使用更方便，更人性化。2方案论证与比较2.1 主控制器选择按照系统的设计功能要求，本系统的设计必须采用单片机软件系统实现，用单片机的自动控制能力来配合按键控制，来控制红外、声控模块及显示、扬声器。对于单片机的选择，如果用8031系列，由于它没有内部RAM，系统又需要大量内存存储数据，因而不可用；51系列单片机的ROM为4K，对于我们设计的系统可能有点小，这里我们用AT89S52，它有8K字节在系统可编程Flash存储器,AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器。 2.2 计时控制方案方案1：使用专用时钟芯片使用微控制器控制专用时钟芯片实现计时控制，这种方案有着计时精度高、控制简单的优点，而且更易于实现日期/时间显示、定时烹调等计时扩展功能。方案2：采用MCU内部定时器。AT89S52内部含有3个定时器，可以利用一个定时器与程序计数器相结合的方式，在系统晶振的驱动下，产生标准时钟频率。由于方案2具有较好的灵活性、较少的电路器件和较高的性价比，而且通过精确的软件补偿使精度完全可以满足控制需要，所以选择该方案完成设计。2.3 红外元件选择方案1：使用发射接收一体化元件 这是一个把接收与发射做在一起的元件如TCRT5000，使用时不用考虑接收端与发射端是否对齐，因此使用这种元件，会使电路变的更方便。方案2：使用独立的发射、接收红外元件这是两个元件，一个是接收的，一个是发射的，在使用安装这种元件时，要把接收端与发射端的对齐才能使用，这样会带来给多的不便。 由于方案1使用起来会更方便，所以选择该方案来完成设计。2.4 键盘电路方案方案1：独立式键盘电路独立式键盘的各个按键相互独立，每个按键独立地与一根数据输入线（即单片机并行口或其他接口芯片的并行口相连）。在按键较多的情况下由于其占用的I/O口线多而不采用独立式键盘电路。方案2：矩阵式键盘电路矩阵式键盘采用行列式结构，按键设置在行列的交点上，当口线数量为8时，可以将4根口线定义为行线，另4根口线定义为列线，形成44键盘，可以配置16个按键。由于设计中采用数个键盘，故采用方案2。3系统总体电路设计及IC资料系统总体电路设计AT89S52单片机声控模块LED显示扬声器红外模块键盘电路4.系统电路设计4.1报警电路模块4.1.1 发光二极管模块 系统采用一个发光二极管来作为报警系统，如图4.1所示，当p1.4=1时，二极管获得一个高电平，又因二极管另一端接地，所以二极管被点亮。 图 4.1 显示电路4.1.2蜂鸣器模块 系统采用一个蜂鸣器来作为报警系统， 蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的，因此需要一定的电流才能驱动它，单片机IO引脚输出的电流较小，单片机输出的TTL电平基本上驱动不了蜂鸣器，因此需要增加一个电流放大的电路。S52增强型单片机实验板通过一个三极管2N3906来放大驱动蜂鸣器.。蜂鸣器的正极接到VCC（5V）电源上面，蜂鸣器的负极接到三极管的发射极E，三极管的基级B经过限流电阻R7后由单片机的P1.3引脚控制，当P1.3输出高电平时，三极管Q1截止，没有电流流过线圈，蜂鸣器不发声；当P1.3输出低电平时，三极管Q1导通，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音。因此，我们可以通过程序控制P1.3脚的电平来使蜂鸣器发出声音和关闭。 图4.1.2 蜂鸣器模块4.2红外报警模块本次采用PT334、IR333红外传感元件，来判断元件之间光线是否有断开的采集并转换成电平信号，直接输出数字量，可以直接和单片机进行通讯，然后单片机根据这个信号做出报警反应，如图4.3所示 图 4.2 红外模块4.2.1 红外模块功能的实现 电路见上图，电源为电路提供5V的电压。UA741的正向输入端的led既是工作指示又有一定的稳压作用。反向输入端有由红外接收管VD2和R2构成分压器。红外接收管的反向暗阻，一般都在几十兆以上，而在有红外照射的情况下，电阻会降至200k至500k左右（由光照强度和管子的特性决定）。在VD2受到VD1的红外光照时，电阻较小，R2上的分压大于2V，UA741输出低电平，当人走到VD1和VD2之间，挡住红外光线的时候，VD2电阻急剧上升，R2两端分压小于2V，UA741输出高电平。4.3 声控模块本次采用声控元件驻极体话筒也叫咪咪头作为声控传感器，来实现对声音的采集和转换，直接输出数字量，可以直接把数据传给单片机，与片机进行通讯，大大简化了电路的复杂度。 图 4.34.4 键盘电路模块 本系统采用行列式矩阵键盘如图4.4所示。键盘的列线一端经电阻接+5V电源，另一端接单片机的输入口，各行线接输出口，另一端悬空。为判断有没有键被按下，可先经输出口向所有列线输出低电平，然后再经输入口输入各行线状态。若各列线状态皆为低电平，则表明没有键按下；若各列线状态中有低电平出现，则表明有键按下 图 4.4在扫描键盘过程中应该注意一下问题：（1）当操作者按下或松开按键时，按键会产生机械抖动。这种抖动经常发生在按下或松开的瞬间，一般持续几到十几毫秒，抖动时间随按键的结构不同而不同，在扫描键盘键盘过程中，必须想办法消除按键抖动，否则会引起错误。 消除按键抖动可以用硬件电路来实现，例如，用R-S触发器来锁定按键的状态，以消除抖动的影响。也可以利用现成的专用消抖电路，如MC14490就是六路消抖电路。较为简单的方法是用软件延时方法来消除按键的抖动，也就是说一旦发现有键按下，就延时20ms以后再检测按键的状态。这样就避开按键发生抖动的那一段时间，使CPU能可靠地读按键状态。在编制键盘扫描程序时，只要发现按键状态有变化，即无论是按下还是松开，程序都应当延时20ms以后在进行其他操作。（2）在键盘扫描时，应防止按一次键而有多个对应键值输入的情况。这种情况的发生是由于扫描速度和键处理速度较快，当某一个按下的键还未松开时，键扫描程序和键处理程序已经执行多遍。这样由于程序执行和按键动作不同步而造成按一次键有多个键值输入的错误状态。为避免发生这种情况，必须保证一次键，CPU只对该键作一次处理。为此，在键扫描程序中不仅要检测是否有按键按下，在有按键按下的情况，做一次处理，而且在键处理完毕后，还应检测按下的键是否松开，只有当按下的键松开以后，程序才往下执行。这样每按一个键，只作一个键处理，使两者达到同步，消除按一次按键有多次键值输入的错误情况。开关编号对应的键值如表4.5所示开关编号键值开关编号键值S10X11S90X44S20X12S100X81S30X14S110X82S40X21S120X84S50X22S130X18S60X24S140X28S70X41S150X48S80X42S160X88 图 4.55系统软件设计5.1 主程序流程图总设计流程图如图5.1所示。本系统软件设计采用循环查询来处理红外与声控模块，一旦触发就通过中断来处理信息，并给出警报。开始初始化 键盘扫描子程序否扫描红外声控程序是红外或声控触发数据处理子程序发光二极管子程序蜂鸣器子程序是键盘扫描子程序延时程序5.2 各个子程序流程图5.2.1 红外线扫描子程序开始红外元件扫描否是红外元件触发发光二极管程序蜂鸣器程序5.2.2 声控扫描子程序开始声控元件扫描否是声控元件触发发光二极管程序蜂鸣器程序5.2.3键盘处理子程序流程图键盘扫描程序是否 开始（A）键A 子程序是否 暂停（B）键B子程序是设置（C）键否C子程序是 复位（D）键D 子程序否结束（E）键是E 子程序5.2.3.1 键盘程序 A子程序 开始否 扫描红外声控元件是 处理报警程序B 子程序 开始 暂停扫描红外声控 C 子程序输入设置值启动中断 开始运行扫描红外声控 D 子程序复位单片机重新启动 E 子程序停止程序运行6系统整机调试及主要技术指标测试6.1系统使用说明书及整机调试6.1.1 联机 在J2处加上电源并按下按键A键，系统就可以开始工作6.1.2 主要技术指标出测试 当启动系统时，没有按下A键（开始）的话，系统没有工作，蜂鸣器和发光二极管也不工作 具有5种按键功能，A键 开始，B键 暂停 ，C键 设置系统的运行时间，D键 复位， E键 停止。 C键设置功能，按下C键后，可通过键盘上的1-9的九个数字进行设置启动的时间和结束的时间，时间到后，停止运行。 报警功能，当电路触发报警时，蜂鸣器会响，发光二极管发亮。6.2 误差分析 从功能上分析，该系统的误差主要是红外与声控误报警的情况，这两个元件都是传感器，可能会因为其它声音或者物体如飞蛾经过而触发，造成误报警。 结 论系统以AT89S52芯片为核心部件，根据电子线路综合测试、数字电子技术以及单片机原理的知识，通过软件实现了红外声控报警的可编程智能定时控制，且各项功能基本达到了设计要求，例如实现了按键设置时间倒计时，蜂鸣器和发光二级管的报警，以及结束系统工作等基本要求。在系统的设计过程中，力求硬件线路简单，充分发挥软件编程方便灵活的特点，并最大限度挖掘单片机片内资源，来满足系统设计要求。因时间有限，该系统还有许多值得改进的地方。 致 谢毕业设计从今年2009年11月开题以来，到目前为止已经有快2个月的时间了，在这2个月的毕业设计中，我学到了很多东西，明白了很多道理，也有许多发自内心感受。在整个设计过程当中，有许多人给了我启发和帮助，在毕业论文完成之际，我要在此表达对他们最诚挚的感谢。首先要感谢赵研老师一个学期以来的精心指导，正是在赵老师的严格要求下使得毕业设计能如期完成，在此对赵老师付出的辛勤劳动表示诚挚感